计算机组成原理-存储系统(2)虚拟存储器
计算机组成原理第四章单元测试（二）（含答案）
计算机组成原理第四章单元测试（二）（含答案）第四章存储系统(二)测试1、32位处理器的最大虚拟地址空间为A、2GB、4GC、8GD、16G2、在虚存、内存之间进行地址变换时，功能部件（）将地址从虚拟（逻辑）地址空间映射到物理地址空间A、TLBB、MMUC、CacheD、DMA3、在程序执行过程中，Cache与主存的地址映象是由A、用户编写程序完成B、操作系统完成C、编译系统完成D、硬件自动完成4、某计算机的存储系统由cache和主存组成。
某程序执行过程共访存2000次，其中访问cache缺失(未命中）100次，则该程序执行过程中Cache的命中率为A、80%B、85%C、90%D、95%5、在Cache的地址映射中，若主存中的任意一块均可映射到Cache内任意一行的位置上，则这种映射方法称为A、全相联映射B、直接映射C、2-路组相联映射D、混合映射6、采用虚拟存储器的主要目的是A、提高主存储器的存取速度B、扩大主存储器的存储空间，且能进行自动管理和调度C、提高外存储器的存取速度D、扩大外存储器的存储空间7、虚拟存储器中，程序执行过程中实现虚拟地址到物理地址映射部件（系统）是A、应用程序完成B、操作系统和MMU配合完成C、编译器完成D、MMU完成8、相联存储器是按( )进行寻址访问的存储器A、地址B、内容C、堆栈D、队列9、以下哪种情况能更好地发挥Cache的作用A、程序中存在较多的函数调用B、程序的大小不超过内存容量C、程序具有较好的时间和空间局部性D、递归子程序10、以下关于虚拟存储管理地址转换的叙述中错误的是（）A、地址转换是指把逻辑地址转换为物理地址B、一般来说，逻辑地址比物理地址的位数少C、地址转换过程中可能会发生“缺页”D、MMU在地址转换过程中要访问页表项11、假定主存按字节编址，cache共有64行，采用4路组相联映射方式，主存块大小为32字节，所有编号都从0开始。
问主存第3000号单元所在主存块对应的cache组号是A、1B、5C、13D、2912、下列关于MMU的叙述中，错误的是（）A、MMU是存储管理部件B、MMU负责主存地址到Cache地址的映射C、MMU参与虚拟地址到物理地址的转换D、MMU配合使用TLB 地址转换速度更快13、下列关于主存与cache地址映射方式的叙述中正确的是（）A、全相联映射方式比较适用于大容量CacheB、直接映射是一对一的映射关系，组相联映射是多对一的映射关系C、在Cache容量相等条件下，直接映射方式的命中率比组相联方式有更高的命中率D、在Cache容量相等条件下，组相联方式的命中率比直接映射方式有更高的命中率14、下列关于CaChe的说法中，错误的是（）A、CaChe对程序员透明B、CaChe行大小与主存块大小一致C、分离CaChe(也称哈佛结构)是指存放指令的CaChe与存放数据CaChe分开设置D、读操作也要考虑CaChe与主存的一致性问题15、下列关于CaChe的论述中，正确的是A、采用直接映射时，CaChe无需使用替换算法B、采用最优替换算法，CaChe的命中率可达到100％C、加快CaChe本身速度，比提高CaChe命中率更能提升存储系统的等效访问速度D、CaChe的容量与主存的容量差距越大越能提升存储系统的等效访问速度16、某计算机系统中，CaChe容量为512 KB，主存容量为256 MB，则CaChe 一主存层次的等效容量为A、512 KBB、256 MBC、256 MB+512 KBD、256 MB - 512 KB17、下列关于Cache的描述中正确的是( )A、Cache存储器是内存中的一个特定区域B、Cache存储器的存取速度介于内存和磁盘之间C、Cache存储器中存放的内容是内存的副本D、Cache中存放正在处理的部分指令和数据18、关于TLB和Cache,下面哪些说法中正确的是( )A、TLB和Cache中存的数据不同B、TLB 访问缺失(miss)后，可能在Cache中直接找到页表内容C、TLB miss会造成程序执行出错，但是Cache miss不会D、TLB和Cache都采用虚拟地址访问19、在下列因素中，与Cache的命中率有关的是( )A、Cache块大小B、Cache的总容量C、主存的存取时间D、替换算法20、下面有关Cache的说法中正确的是( )A、设置Cache的目的，是解决CPU和主存之间的速度匹配问题B、设置Cache的理论基础，是程序访问的局部性原理C、Cache与主存统一编址，Cache地址空间是主存的一部分D、Cache功能均由硬件实现，对程序员透明21、下列关于存储系统的描述中正确的是( ）A、每个程序的虚地址空间可以远大于实地址空间，也可以远小于实地址空间B、多级存储体系由cache、主存和虚拟存储器构成C、Cache和虚拟存储器这两种存储器管理策略都利用了程序的局部性原理D、当Cache未命中时，CPU以直接访问主存，而外存与CPU之间则没有直接通路22、下列关于TLB、cache和虚存页(Page)命中组合情况中，一次访存过程中可能发生的是( ）A、TLB命中、cache命中、Page命中B、TLB未命中、cache命中、Page命中C、TLB未命中、cache未命中、Page命中D、TLB未命中、cache命中、Page未命中23、下列RAID组中需要的最小硬盘数为3个的是（）A、RAID 1B、RAID 3C、RAID 5D、RAID 1024、下列RAID技术中采用奇偶校验方式来提供数据保护的是（）A、RAID 1B、RAID 3C、RAID 5D、RAID 1025、在请求分页存储管理方案中，若某用户空间为16个页面，页长1 K B，虚页号0、1、2、3、4对应的物理页号分别为1、5、3、7、2。
数字逻辑与计算机组成原理：第三章 存储器系统(1)
A3 0
字线
地0 A2 0 址
译
A1
0码 器
A0 0
15
读 / 写选通
… …
…
0,0 … 0,7
16×8矩阵
15,0 … 15,7
0
…
7 位线
读/写控制电路
D0
… D7
(2) 重合法（双译码方式）
0 A4
0,00
…
0 A3
阵
A2
译
0码
31,0
…
A1
器 X 31
0 A0
… …
或低表示存储的是1或0。 T5和T6是两个门控管，读写操作时，两管需导通。
六管存储单元
保持
字驱动线处于低电位时，T5、T6 截止， 切断了两根位线与触发器之间的 联系。
六管存储单元
单译码方式
读出时: 字线接通 1)位线1和位线2上加高电平; 2)若存储元原存0，A点为低电
平，B点为高电平，位线2无电 流，读出0。
3)若存储元原存1，A点为高电 平，B点为低电平，位线2有电
流，读出1。
静态 RAM 基本电路的 读 操作（双译码方式）
位线A1
A T1 ~ T4 B
位线2
T5
行地址选择
T6
行选
T5、T6 开
列选
T7、T8 开
T7
T8
读选择有效
列地址选择 写放大器
写放大器
VA
T6
读放
读放
DOUT
T8 DOUT
DIN
1．主存与CPU的连接
是由总线支持的; 总线包括数据总线、地址总线和控制总线; CPU通过使用MAR（存储器地址寄存器）和MDR（存储
十六位体系结构计算机组成原理
十六位体系结构计算机组成原理
十六位体系结构计算机组成原理是指计算机的硬件和软件组成原理，可以分为以下几个部分：
1.中央处理器(Central Processing Unit, CPU)：负责执行计算机指令和进行数据处理。
CPU包括指令寄存器、程序计数器、算术逻辑单元(ALU)和寄存器等。
2.存储器：存储器包括主存储器和辅助存储器。
主存储器用于存储正在运行的程序和数据，可分为RAM和ROM。
辅助存储器用于长期存储程序和数据，如硬盘、光盘等。
3.输入输出设备：用于与外部设备进行数据交互，如键盘、鼠标、打印机、显示器等。
4.总线(Bus)：计算机内各个部件之间传送数据和控制信息的通道。
总线分为数据总线、地址总线和控制总线。
5.指令系统：计算机的指令系统决定了计算机的操作特性和功能。
按照十六位体系结构，指令由16位表示，可以包括逻辑运算、算术运算、存储和转移等操作。
6.中断系统：用于处理紧急情况和异步事件，如异常中断、硬件中断和软件中断等。
7.时钟系统：用于同步计算机内各个部件的工作节奏和时序，提供时钟脉冲。
8.控制单元(Control Unit)：负责控制计算机的操作，根据指令操作码的不同，控制单元产生特定的控制信号和时序信号，控制各个部件的工作。
9.运算器(アrithmetic and Logic Unit, ALU)：负责进行算术运算和逻辑运算，包括加法、减法、乘法、除法和与、或、非、异或等逻辑运算。
以上是十六位体系结构计算机组成原理的基本内容，具体实施中可能会有一些差异。
4901061《计算机组成原理》(周建敏)414-9答案
第1章计算机系统概论1．简答题（1）计算机硬件包括哪些基本功能部件？为什么要有这些部件？答：计算机的最基本的功能部件是运算器、存储器、控制器、输入单元和输出单元。
计算机的基本功能就是存储和处理外部世界的信息并在需要的时候向外界提供这些信息。
为了完成这些基本功能，要求计算机能够自动地输入信息、输出信息、存储信息以及处理信息。
计算机的基本部件就是根据这些要求设置的，分别用一个部件完成上述个功能，完后用一个控制器实现上述功能的自动化。
（2）简述现代计算机常用的三级存储体系。
答：CPU能按存储单元地址直接访问主存（内存）；增加高速缓存（Cache）的目的是为了提高速度，解决CPU与主存之间速度不匹配的矛盾；增加辅存（外存）的目的是弥补主存容量的不足。
（3）运算器中有哪些寄存器？答：运算器中有存放操作数和运算结果的寄存器，包括移位寄存器和若干通用寄存器。
（4）计算机软件有哪些类型？答：计算机软件一般可分为系统软件和应用软件两类。
系统软件是整个计算机系统的一部分，为用户操作计算机以及应用软件的运行提供一个方便的界面。
主要的系统软件有两类，一类是操作系统软件，负责计算机系统的运行控制；另一类是对程序设计语音进行处理的软件，包括编译程序解释程序、汇编程序等。
应用软件是完成用户所需功能的软件，专门为解决某文字处理软件、游戏软件等都属于应用软件。
（5）为什么说计算机的硬件和软件在功能上是等价的？答：因为计算机系统绝大部分硬件的功能可以用软件实现，软件的功能也可以用硬件来实现。
例如，浮点运算功能，早期的计算机中没有浮点运算部件，在这些计管机中实现浮点数据的运算是靠软件进行，现在计算机中都采用了硬件浮点运算部件。
可见计算机功能的这两种实现在逻辑上是等效的，其区别在于速度、成本、可靠性、存储容量、变更周期等因素。
2．改错题（1）现在的数字计算机系统的硬件都是由超大规模集成电路以及机电一体的外围设备构成的。
（2）运算器可以对数据进行算术运算和逻辑运算。
计算机组成原理课件 虚拟存储器
4.2 虚拟存储器
例1：一个程序共有5个页面组成，分别为P1～P5。程序执行过程中的页地 址流（即程序执行中依次用到的页面）如下：P1，P2，P1，P5，P4，P1， P3，P4，P2，P4，假设分配给这个程序的主存储器共有3个页面。图中， 用"*"号标记下次将要被替换掉的页面。
4.2 虚拟存储器
内部地址变换：多用户虚拟地址Av变换成贮存实地址A 多用户虚拟地址中的页内偏移量D直接作为主存实地址中的页内偏移d 主存实页号p与它的页内偏移d直接拼接就得到主存是地址A
4.2 虚拟存储器
一个用户程序要访问虚拟存储器时，必须给出多用户虚拟地址Av。在操作系统和 有关硬件的共同管理下，首先进行内部地址变换。 如果变换成功（命中），得到主存实页号p。把主存实页号p与它的页内偏移d直 接拼接起来就得到主存实地址A，访问主存储器。 如果内部地址变换失败（未命中），表示要访问数据不在主存储器中，必须访问 磁盘存储器。这时，进行外部地址变换。 外部地址变换主要用软件实现，首先查外页表得到与虚页号P相对应的磁盘存储 器的实地址，然后再查内页表（主存实页表），看主存储器中是否有空页。如果主 存储器中还有空页，只要找到空页号。把磁盘存储器的实地址和主存储器的实页号 送入输入输出处理机（输入输出通道）等，在输入输出处理机的控制下，把要访问 数据所在的一整页都从磁盘存储器调入到主存储器。 如果主存储器中已经没有空页，则要采用某种页面替换算法，先把主存中暂时不 用的一页写回到磁盘存储器中原来的位置上，以便腾出空位置来存放新的页。 在进行外部地址变换时，如果没有命中，则表示所需要的页还不在磁盘存储器中。 这时，要在操作系统控制下，启动磁带机、光盘存储器等海量存储器，先把与所需 要数据相关的文件从海量存储器中调入磁盘存储器。
计算机组成原理答案
《电脑组成原理》模拟题1一、名词解释1．总线：就是多个信息源分时传送数据到多个目的地的传送通路2．指令系统：一台电脑所能执行的全部指令的总和3．微指令：在一个单位时间中，能实现一定操作功能的微命令的集合。
4．溢出：在定点小数机器中,数的表示范围为|ｘ|<1. 在运算过程中如出现大于1的现象二、填空题1．按冯·诺依曼设计原则，其硬件是由〔运算器〕、〔控制器〕、〔存储器〕、〔输入设备〕和〔输出设备〕组成。
2．电脑系统是由〔硬件系统〕和〔软件系统〕两大部分构成。
3．电脑最主要的三大性能指标是〔基本字长〕、〔存储容量〕、和〔运算速度〕。
4．一个完善的指令系统应满足〔完备性〕、〔有效性〕、〔规整性〕、和〔兼容性〕的要求。
5．堆栈的硬件是由〔堆栈区〕和〔堆栈指针〕构成，存取是按〔后进先出〕原则。
6．通常控制器的设计可分为〔组合逻辑型〕和〔存储逻辑型〕，前者采用的核心器件是〔门电路〕，后者采用的核心器件是〔微程序控制器〕。
7．主机与外设的连接方式有(辐射型连接),(总线型连接)和(辐射,总线型连接〕。
8．目前在微型机中主机与外设广泛采用的信息交换方式是(程序查询)和(程序中断。
三、简答题1．简述中断的处理过程。
它与程序查询方式有何不同点？2．按通道的工作方式，通道分哪几类？简述其特点。
3．画图说明存储系统的层次结构，并说明各种存储器的特点。
参考答案：1．答案要点：中断的处理过程大致可分为五个步骤：1）中断请求2〕中断排队3〕中断响应4〕中断处理5〕中断返回与程序查询方式的不同点：1〕在程序中断方式下，CPU和外设可并行工作；而程序查询方式下，CPU与外设是串行工作的。
2〕程序中断方式适合于对外界随机事件的处理。
而程序查询方式不具备这样的能力。
2．答案要点：按通道的工作方式，通道可分为字节多路通道、选择通道和数组多路通道三种类型。
特点：字节多路通道：1〕有多个子通道，设备间可〔分时〕并行操作。
2〕数据以字节为单位交叉传送。
计算机组成原理知识点总结
计算机组成原理知识点总结一、存储系统(一)存储器的基本概念1.分类a)作用（层次）：CACHE 主存辅存b)存储介质：磁半导体光c)存取方式●随机存取：RAM ROM●串行访问●顺序存取：磁带●直接存取：磁盘d)信息可保存性－－易失性破坏性读出非2.性能指标a)存储容量字b)单位成本每位成本c)存储速度（数据传输率主存带宽）3.层次化结构a)Cache－主存层次：硬件实现，解决速度不匹配问题b)主存－辅存层次：硬件+操作系统实现，解决容量问题，逐渐形成虚拟存储系统(二)半导体存储器1.存储器芯片的基本结构a)译码驱动电路(译码器：扩充容量)b)存储矩阵c)读写电路d)地址线，数据线，片选线，读写控制线2.半导体存储器RAM（易失性存储器）a)SRAM：触发器存储信息，速度快成本高集成度低，用于高速缓存b)DRAM：电容存储信息，需要刷新，速度慢成本低，集成度高，用于主存SDRAMc)DRAM的刷新：集中刷新，分散刷新，●异步刷新●不需要CPU控制●行为单位，仅需要行地址●存储器中所有芯片同时刷新d)RAM的读写周期3.ROM（非易失性存储器）a)特点：结构简单，位密度比RAM高，非易失性，可靠性高b)类型：MROM，PROM，EPPROM，FLASH MEMORY，SSD(三)存储器与CPU的协同工作（提高存储系统的工作速度）1.主存与CPU的连接a)字扩展b)位扩展●线选法●译码片选法●译码器的使用●分析地址空间c)字位同时扩展●选择存储器芯片●与CPU进行连接2.双口RAM和多模块存储器a)多模块存储器●单体多字●多体并行●低位交叉编址●高位交叉编址b)双端口RAM3.高速缓冲存储器a)CACHE局部性原理和性能分析●局部性原理●空间局部性●时间局部性●性能分析●命中率和失效率●CACHE----主存体系的平均访问时间b)CACHE工作原理●地址映射方式●全相联●直接相联●组相联●替换算法●RAND随机●FIFO先入先出●LRU最近最少使用●LFU最不经常使用●写策略●命中●全写法●写回法●不命中●写分配法●非写分配法4.虚拟存储器（主存和辅存共同构成）（增加存储系统的容量）a)基本概念：虚地址（逻辑地址）映射到实地址（物理地址）b)解决问题：进程并发问题和内存不够用问题c)类型●页式●段式●段页式d)虚实地址转换（提高速度）●快表TLB●慢表Page二、指令系统(一)指令格式1.操作码和地址码组成一条指令2.操作码a)定长操作码和扩展操作码b)操作码类型(二)指令寻址方式1.指令寻址（通过PC）a)顺序寻址b)跳跃寻址2.数据寻址a)隐含寻址b)立即寻址：给寄存器赋初值c)直接寻址d)间接寻址：扩大寻址范围，便于编制程序e)寄存器寻址：指令执行速度更快f)寄存器间接寻址g)偏移寻址（各寄存器内容+形式地址）：基址寻址，变址寻址（处理数组，编制循环程序），相对寻址h)堆栈寻址(三)CISC和RISC1.CISC复杂指令系统计算机（用微程序控制器）a)更多更复杂，一般为微程序控制，用于计算机系统2.RISC精简指令系统计算机（用硬布线控制器）a)指令数目少，字长固定，寻址方式少，寄存器数量多，一般为组合逻辑控制，用于手机三、中央处理器(一)CPU的功能和基本结构1.CPU的功能：指令控制，操作控制，时间控制，数据加工，中断处理2.运算器a)功能：对数据进行加工b)基本结构：●算术逻辑单元ALU●暂存寄存器●通用寄存器组●累加寄存器ACC●程序状态字寄存器PSW●移位器，计数器3.控制器a)功能：取指令，分析指令，执行指令b)控制器的基本结构●程序计数器PC●指令寄存器IR●指令译码器，时序系统，微操作信号发生器●存储器地址寄存器MAR●存储器数据寄存器MDR4.数据通路的基本结构a)专用通路b)内部总线(二)指令执行过程1.指令周期a)构成：机器周期、CPU周期——CPU时钟周期、节拍b)类型：取指周期，间址周期，执行周期，中短周期c)标志触发器FE,IND,EX,INT：区别工作周期2.数据流a)取指周期：根据PC取出指令代码存放在IRb)间址周期：根据IR中指令地址码取出操作数的有效地址c)执行周期：根据指令字的操作码和操作数进行相应操作d)中断周期：保存断点，送中断向量，处理中断请求3.执行方案a)单指令周期：串行，指令相同执行时间b)多指令周期：串行，指令不同执行时间c)流水线方案：隔一段时间启动一条指令，多条指令处于不同阶段，同事并行处理(三)数据通路的功能和基本结构（连接路径）1.CPU内部总线a)单总线b)多总线2.专用数据通路：多路选择器和三态门3.了解各阶段微操作序列和控制信号(四)控制器的功能和工作原理1.控制器的结构和功能a)计算机硬件系统连接关系b)控制器的功能：取指令，分析指令，执行指令c)控制器的输入和输出2.硬布线控制器a)硬布线控制单元图：组合逻辑电路+触发器b)设计步骤（了解）●分析每个阶段的微操作序列●选择CPU的控制方式●安排微操作序列●电路设计3.微程序控制器a)基本结构●微地址形成部件●微地址寄存器CMAR●控制存储器CM●微指令寄存器CMDRb)微指令的格式●水平型：并行操作●字段直接编码方式●直接编码方式●字段间接编码方式●垂直型：类似机器指令c)微指令的地址形成方式●下地址字段指出：断定方式●根据机器指令的操作码形成d)基本概念●微命令和微操作●微指令和微周期●主存储器和控制存储器●程序和微程序●寄存器：MAR和CMAR，IR和CMDRe)硬布线和微程序的比较（微操作控制信号的实现形式）(五)指令流水线1.指令流水线的概念a)指令执行过程划分为不同阶段，占用不同的资源，就能使多条指令同时执行b)表示方法●指令流程图：分析影响流水线的因素●时空图：分析性能2.性能指标a)吞吐率TPb)加速比Sc)效率E3.影响流水线的因素a)结构相关（资源冲突）b)数据相关（数据冲突）c)控制相关（控制冲突）4.流水线的分类a)按使用级别：部件功能级，处理机级，处理机间b)按完成功能：单功能，多功能c)按连接方式：动态，静态d)按有无反馈信号：线性，非线性5.多发技术a)超标量流水线技术b)超流水线技术c)超长指令字技术四、总线(一)总线概念和分类1.定义：一组能为多个部件分时共享的公共信息传送线路2.分类a)按数据传输格式●串行，并行b)按功能●片内总线●系统总线●数据总线，地址总线，控制总线●通信总线c)按时序控制方式●同步，异步3.总线结构a)单总线结构——系统总线b)双总线结构（通道）●主存总线●IO总线c)三总线结构●主存总线●IO总线●DMA总线(二)总线的性能指标1.总线传输周期（总线周期）2.总线带宽3.总线宽度（位宽）4.总线复用：一种信号线传输不同信息(三)总线仲裁1.集中仲裁方式a)链式查询方式b)计数器定时查询方式c)独立请求方式2.分布仲裁方式(四)总线操作和定时1.总线传输的四个阶段a)申请分配阶段●传输请求●总线仲裁b)寻址阶段c)传输阶段d)结束阶段2.定时a)同步定时方式（同步通信）b)异步定时方式（异步通信）●不互锁●半互锁●全互锁c)半同步通信d)分离式通信(五)总线标准五、IO系统(一)IO系统基本概念1.演变过程a)早期：分散连接，CUP与IO串行，程序查询方式b)接口模块和DMA阶段：总线连接，cpu与io并行，中断方式及DMA方式c)具有IO通信结构的阶段d)具有IO处理机的阶段2.IO系统的基本组成a)IO软件——IO指令和通道指令b)IO硬件——外设，设备控制器和接口，IO总线等3.IO方式简介a)程序查询方式：IO与CPU串行，CPU有“踏步等待”现象（由程序控制）b)程序中断方式：IO准备数据时CPU继续工作，在指令执行结束时响应中断（由程序控制）c)DMA方式：主存与IO交换信息时由DMA控制器控制，在存取周期结束时响应DMA请求（由硬件控制）d)通道方式：通过IO指令启动通道，通道程序放在主存中（由硬件控制）(二)外部设备1.输入设备——键盘，鼠标2.输出设备a)显示器●分类●阴极射线管（CRT）●液晶（LCD）●发光二极管（LED）●参数●屏幕大小，分辨率，灰度级，刷新频率●显示存储器（VRAM）●容量=分辨率*灰度级位数●带宽=容量*帧频●打印机3.外存储器a)磁盘存储器●组成●存储区域：磁头，柱面，扇区●硬盘存储器：磁盘驱动器，磁盘控制器，盘片●工作过程：寻址，读盘，写盘对应的控制字，串行读写●性能指标●容量●记录密度●平均存取时间●数据传输率b)磁盘阵列RAID——利用磁盘廉价的特点提高存储性能，可靠性和安全性c)光盘存储器d)固态硬盘SSD——采用FLASH Memory记录数据(三)IO接口1.主要功能a)设备选址功能：地址译码和设备选择b)传送命令c)传送数据：实现数据缓冲和格式转换d)反应IO设备的工作状态2.基本结构a)设备选择电路，命令寄存器和命令译码器，数据缓冲寄存器DBR，设备状态标记，控制逻辑电路b)内部接口和外部接口3.编址a)统一编址——与存储器共用地址，用访存命令访问IO设备b)独立编址：单独使用一套地址，有专门的IO指令4.分类a)数据传送方式：并行接口，串行接口b)主机访问IO设备的控制方式●程序查询接口●中断接口●DMA接口c)功能选择的灵活性●可编程接口●不可编程接口(四)IO方式1.程序查询方式：CPU与IO串行工作，鼠标，键盘2.程序中断方式a)中断系统●中断的基本概念●工作流程●中断请求●分类●中断请求标记触发器INTR●中断响应●中断响应的条件●中断判优●软件：查询程序●硬件：排队器●优先级的设置●中断处理●中断隐指令●关中断●保存断点PC●引出中断服务程序●中断服务程序●单重中断与多重中断●中断服务程序的具体步骤●中断屏蔽技术●屏蔽字●程序执行轨迹b)程序中断方式●工作流程●CPU占用情况●中断响应（隐指令）●中断服务程序3.DMA方式a)DMA控制器●组成●主存地址计数器：存放要交换数据的主存地址●传送长度计数器：记录传送数据的长度●数据缓冲寄存器：暂存每次传送的数据●DMA请求触发器：设备准备好数据后将其置位●控制/状态逻辑：由控制和时序电路及状态标志组成●中断机构：数据传送完毕后触发中断机构，提出中断请求●主要功能●传送前：接受外设的DMA请求，向CPU发出总线请求，接管总线控制权●传送时：管理总线，控制数据传送，确定主存单元地址及长度，能自动修改对应参数●传送后: 向CPU报告DMA操作的结束b)传送过程●预处理：CPU完成寄存器初值设置等准备工作●数据传送：CPU继续执行主程序，DMA控制器完成数据传送●后处理：CPU执行中断服务程序做DMA结束处理。
计算机组成原理试读稿_第3章存储器系统的层次结构_(初稿)【王道考研系列】2012计算机考研
大纲内容
（待补充）
已考真题分布
（待补充）
3.1 存储器的分类 3.1.1 考点精析
1. 存储器的分类（★）
存储器种类繁多，可以从不同的角度对存储器进行分类。 （1）按在计算机中的作用（层次）分类 1）主存储器：简称主存，又称内存储器（内存），用来存放计算机运行期间所需的大 量程序和数据，CPU可以直接随机地对其进行访问，也可以和高速缓冲存储器（Cache）以 及辅助存储器交换数据。其特点是容量较小、存取速度较快、每位价格较高。 2）辅助存储器：简称辅存，又称外存储器（外存），是主存储器的后援存储器，用来 存放当前暂时不用的程序和数据，以及一些需要永久性保存的信息，它不能与 CPU 直接交 换信息。其特点是容量极大、存取速度较慢、单位成本低。 3）高速缓冲存储器：简称Cache，位于主存和CPU之间，用来存放正在执行的程序段和 数据，以便CPU能高速地使用它们。Cache的存取速度可以与CPU的速度相匹配，但存储容量 小、价格高。目前的高档微机通常将它们或它们的一部分制作在CPU芯片中。 （2）按存储介质分类 按存储介质可分为磁表面存储器（磁盘、磁带）、半导体存储器（MOS 型存储器、双 极型存储器）和光存储器。 （3）按存取方式分类 1）随机存储器（RAM）：存储器的任何一个存储单元的内容都可以随机存取，而且存 取时间与存储单元的物理位置无关。其优点是读写方便、使用灵活，主要用做主存或高速缓 冲存储器。 2）只读存储器（ROM）：存储器的内容只能随机读出而不能写入。信息一旦写入存储 器就固定不变了，即使断电，内容也不会丢失。因此，通常用它存放固定不变的程序、常数 和汉字字库，甚至用于操作系统的固化。它与随机存储器可共同作为主存的一部分，统一 构成主存的地址域。
计算机组成原理
计算机组成原理计算机组成原理是指计算机硬件和软件的组成以及它们之间的工作原理。
计算机硬件主要包括中央处理器(CPU)、存储器、输入输出设备和总线等。
计算机软件则由系统软件和应用软件组成。
在计算机中，中央处理器是计算机的核心，它负责执行计算机程序中的指令。
中央处理器由控制器和运算器组成。
控制器用于解码和执行指令，而运算器用于进行数据运算。
存储器用于存储数据和指令，其主要有两种类型：主存储器和辅助存储器。
主存储器一般是随机存取存储器(RAM)，用于存储当前正在执行的程序和数据。
辅助存储器一般是固态硬盘(SSD)或磁盘，用于长期存储数据和程序。
输入输出设备负责将数据和指令输入计算机，并将计算结果输出到外部设备或显示器上。
常见的输入设备有键盘、鼠标和扫描仪，而输出设备有显示器、打印机和音频设备等。
总线是计算机各个组件之间进行通信的路径。
总线分为地址总线、数据总线和控制总线。
地址总线用于指示存储器或I/O设备的地址，数据总线用于传输数据，而控制总线用于传输与控制操作有关的信息。
系统软件是计算机操作系统的核心部分，它管理计算机的资源和提供用户与计算机硬件之间的接口。
应用软件则是由用户使用的各种程序，如办公软件、图像处理软件和游戏等。
在计算机工作原理方面，计算机是按照指令的顺序执行程序的。
计算机从存储器中读取指令和数据，存储在寄存器中，并通过总线传递信息。
控制器解码指令并控制算术逻辑单元(ALU)进行数据运算。
运算结果再存储在寄存器中，最后输出到输出设备或存储器中。
总之，计算机组成原理是计算机硬件和软件的组成和工作原理的总称。
通过了解计算机的组成和工作原理，可以更好地理解计算机的工作方式，从而进行计算机系统的设计和优化。
计算机组成原理期末复习
《计算机组成原理》1．指令、指令系统、虚拟存储器、Cache的地址映像、微命令、微指令、输入设备、输出设备、中断系统、中断隐指令、光盘、指令周期、机器周期、节拍的定义指令：指令是指计算机执行某些操作的命令。
指令系统：一台计算机所有指令的集合。
虚拟存储器：将主存储器和辅助存储器的地址空间统一编址，在硬件和系统软件的共同管理下，可以把它们看成一个单一的存储器。
cache的地址映像：在cache中，地址映像是指把主存地址空间映像到cache地址空间，也就是把存放在主存中的程序按照某种规则装入cache中，地址映像有3种方法全相联映像，直接映像，组相联映像微命令：在微程序控制的计算机中，将控制部件向执行部件发出的各种控制命令叫做微命令。
微指令：指控制存储器中的一个单元的内容，即控制字，是若干个微命令的集合。
输入设备：向计算机输入信息的外部设备称为输入设备。
输出设备：接受计算机输出信息的外部设备称为输出设备。
中断系统：是计算机实现中断功能的软、硬件总称。
中断隐指令：CPU响应中断后，经过某些操作，转去执行中断服务程序。
这些操作是由硬件直接实现的。
光盘：用光学方式读写信息的圆盘称为光盘。
指令周期：CPU每取出一条指令并执行这条指令，都要完成一系列的操作，所需要的时间通常叫做一个指令周期。
机器周期：在计算机中，为了便于管理，常把一条指令的执行过程划分为若干个阶段，每一阶段完成一个基本操作。
完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。
节拍：在一个机器周期内，要完成若干个微操作。
这些微操作有的时候可以同时执行，有的需要按先后次序串行执行。
因而应把一个机器周期分为若干个相等的时间段，每一个时间段对应一个电位信号，称为节拍电位信号。
2．冯·诺依曼等人提出的存储程序概念（教材P2，共3点）。
1)计算机应由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备5大基本不见组成；2)计算机内部采用二进制来表示指令和数据；3)将编好的程序和原始数据事先存入存储器中，然后再启动计算机工作，这就是存储器程序的基本含义。
计算机组成原理名词解释题
计算机组成原理(名词解析)第一章概论、主机：主机中包含了除外围设备以外地所有电路部件，是一个能够独立工作地系统.、：中央处理器，是计算机地核心部件，同运算器和控制器，构成.、运算器：计算机中完成运算功能地部件，由和寄存器等构成.、：算术逻辑运算单元，执行所有地算术运算和逻辑运算.、外围设备：计算机地输入输出设备，包括输入设备，输出设备和外存储设备.、数据：编码形式地各种信息，在计算机中作为程序地操作对象.、指令：是一种经过编码地操作命令，它指定需要进行地操作，支配计算机中地信息传递以及主机与输入输出设备之间地信息传递，是构成计算机软件地基本元素.资料个人收集整理，勿做商业用途、透明：在计算机中，从某个角度看不到地特性称该特性是透明地.、位：计算机中地一个二进制数据代码，计算机中数据地最小表示单位.、字：数据运算和存储地单位，其位数取决于具体地计算机.、字节：衡量数据量以及存储容量地基本单位.字节等于位二进制信息.、字长：一个数据字中包含地位数，反应了计算机并行计算地能力.一般为位、位、位或位.资料个人收集整理，勿做商业用途、地址：给主存器中不同地存储位置指定地一个二进制编号.、存储器：计算机中存储程序和数据地部件，分为内存和外存.、总线：计算机中连接功能单元地公共线路，是一束信号线地集合，包括数据总线、地址总线和控制总线.、硬件：由物理元器件构成地系统，计算机硬件是一个能够执行指令地设备.、软件：由程序构成地系统，分为系统软件和应用软件.、兼容：计算机部件地通用性.、软件兼容：一个计算机系统上地软件能在另一个计算机系统上运行，并得到相同地结果，则称这两个计算机系统是软件兼容地.资料个人收集整理，勿做商业用途、程序：完成某种功能地指令序列.、寄存器：是运算器中若干个临时存放数据地部件，由触发器构成，用于存储最频繁使用地数据.、容量：是衡量容纳信息能力地指标.、主存：一般采用半导体存储器件实现，速度较高、成本高且当电源断开时存储器地内容会丢失.、辅存：一般通过输入输出部件连接到主存储器地外围设备，成本低，存储时间长.、操作系统：主要地系统软件，控制其它程序地运行，管理系统资源并且为用户提供操作界面.、汇编程序：将汇编语言程序翻译成机器语言程序地计算机软件.、汇编语言：采用文字方式（助记符）表示地程序设计语言，其中大部分指令和机器语言中地指令一一对应，但不能被计算机地硬件直接识别.资料个人收集整理，勿做商业用途、编译程序：将高级语言程序转换成机器语言程序地计算机软件.、解释程序：解释执行高级语言程序地计算机软件，解释并立即执行源程序地语句.、系统软件：计算机系统地一部分，进行命令解释、操作管理、系统维护、网络通信、软件开发和输入输出管理地软件，与具体地应用领域无关.资料个人收集整理，勿做商业用途、应用软件：完成应用功能地软件，专门为解决某个应用领域中地具体任务而编写.、指令流：在计算机地存储器与之间形成地不断传递地指令序列.从存储器流向控制器.、数据流：在计算机地存储器与之间形成地不断传递地数据序列.存在于运算器与存储器以及输入输出设备之间.资料个人收集整理，勿做商业用途第二章数据编码和数据运算、原码：带符号数据表示方法之一，一个符号位表示数据地正负，代表正号，代表负号，其余地代表数据地绝对值.资料个人收集整理，勿做商业用途、补码：带符号数据表示方法之一，正数地补码与原码相同，负数地补码是除符号位外将二进制位按位取反后在最低位上加.资料个人收集整理，勿做商业用途、反码：带符号数据地表示方法之一，正数地反码与原码相同，负数地反码是除符号位外将二进制位按位取反.资料个人收集整理，勿做商业用途、移码：带符号数据表示方法之一，符号位用表示正，表示负，其余位与补码相同.、阶码：在浮点数据编码中，表示小数点地位置地代码.、尾数：在浮点数据编码中，表示数据有效值地代码.、基数：在浮点数据编码中，对阶码所代表地指数值地数据，在计算机中是一个常数，不用代码表示.、机器零：在浮点数据编码中，阶码和尾数都全为时代表地值.、上溢：指数地绝对值太大，以至大于数据编码所能表示地数据范围.、下溢：指数地绝对值太小，以至小于数据编码所能表示地数据范围.、规格化数：在浮点数据编码中，为使浮点数具有唯一地表示方式所作地规定，规定尾数部分用纯小数形式给出，而且尾数地绝对值应大于，即小数点后地第一位不为零.资料个人收集整理，勿做商业用途、检错码：能够发现某些错误能力地数据编码.、纠错码：能够发现某些错误并且具有自动纠错能力地数据编码.、海明码：一种常见地纠错码，能检测出两位错误，并能纠正一位错误.、循环码：一种纠错码，其合法码字移动任意位后地结果仍然是一个合法码字.第三章存储系统、：随机访问存储器，能够快速方便地访问地址中地内容，访问地速度与存储位置无关.、：只读存储器，一种只能读取数据不能写入数据地存储器.、：静态随机访问存储器，采用双稳态电路存储信息.、：动态随机访问存储器，利用电容电荷存储信息.、：可编程地，可以被用户编程一次.、：可擦写可编程地，可以被用户编程多次.靠紫外线激发浮置栅上地电荷以达到擦除地目地.资料个人收集整理，勿做商业用途、：电可擦写可编程地，能够用电子地方法擦除其中地内容.、快闪存储器：一种非挥发性存储器，与类似，能够用电子地方法擦除其中地内容.、相联存储器：一种按内容访问地存储器，每个存储单元有匹配电路，可用于是中查找数据.、多体交叉存储器：由多个相互独立、容量相同地存储体构成地存储器，每个存储体独立工作，读写操作重叠进行.资料个人收集整理，勿做商业用途、访存局部性：地一种存特性，对存储空间地地访问局限于存储空间地地区域中，而另外地访问则分布在地区域中.资料个人收集整理，勿做商业用途、直接映象：地一种地址映象方式，一个主存块只能映象到中地唯一一个指定块.、全相联映象：地一种地址映象方式，一个主存块可映象到任何块.、组相联映象：地一种地址映象方式，将存储空间分成若干组，各组之间用直接映象，组内各块之间用全相联映象.资料个人收集整理，勿做商业用途、全写法（写直达法）：命中时地一种更新策略，写操作时将数据既写入又写入主存，但块更时不需要将调出地块写回主存.资料个人收集整理，勿做商业用途、写回法：命中时地一种更新策略，写时不写主存，而当数据被替换出去时才写回主存.资料个人收集整理，勿做商业用途、虚拟存储器：在内存与外存间建立地层次体系，使得程序能够像访问主存储器一样访问外部存储器，主要用于解决计算机中主存储器地容量问题.资料个人收集整理，勿做商业用途、层次化存储体系：把各种不同存储容量、不同访问速度、不同成本地存储器件按层次构成多层地存储器，并通过软硬件地管理将其组成统一地整体，使所存储地程序和数据按层次分布在各种存储器件中.资料个人收集整理，勿做商业用途、访问时间：从启动访问存储器操作到操作完成地时间.、访问周期时间：从一次访问存储地操作到操作完成后可启动下一次操作地时间.、带宽：存储器在连续访问时地数据吞吐率.、段式管理：一种虚拟存储器地管理方式，把虚拟存储空间分成段，段地长度可以任意设定，并可以放大或缩小.资料个人收集整理，勿做商业用途、页式管理：一种虚拟存储器地管理方式，把虚拟存储空间和实际存储空间等分成固定容量地页，需要是装入内存，各页可装入主存中不同地实际页面位置.资料个人收集整理，勿做商业用途、段页式管理：一种虚拟存储器地管理方式，将存储空间逻辑模块分成段，每段又分成若干页.、块表：主存地址映像机制，由查块表判定主存地址地存储单元是否在中以及在中地位置.资料个人收集整理，勿做商业用途、页表：页式虚拟存储器管理用地地址映象表，其中包括每个页地主存页号、装入位和访问方式等.、段表：段式虚拟存储器管理用地地址映象表，其中包括每个段地基地址、段长、装入位和访问方式等.、固件：固化在硬件中地固定不变地常用软件.第四章指令系统、指令系统:计算机中各种指令地集合、计算机指令:计算机硬件能识别并能直接执行操作地命令,描述一个基本操作.、指令编码:将指令分成操作码和操作数地址码地几个字段来编码.、指令格式:指定指令字段地个数,字段编码地位数和编码地方式.、立即数:在指令中直接给出地操作数、指令字长度:一个指令字所占有地位数.、堆栈:数据地写入写出不需要地址,按先进后出地顺序读取数据地存储区.、操作数寻址方式:指令中地址码地内容及编码方式.、系统指令:改变计算机系统地工作状态地指令.、特权指令:改变执行特权地指令,用于操作系统对系统资源地控制.、寻址方式：对指令地地址码进行编码，以得到操作数在存储器中地地十地方式.、相对转移：一种形成转移目标地址地方式，转移指令地目标指令地址是由寄存器地值加上一个偏移量形成地.资料个人收集整理，勿做商业用途、绝对转移：一种形成才转移目标地址地方式，转移指令地目标指令地址是由有效地址直接指定，与寄存器地内容无关.资料个人收集整理，勿做商业用途、无条件转移：一种转移指令类型，不管状态如何，一律进行转移操作.、条件转移：一种转移指令类型，根据计算机中地状态决定是否转移.第五章控制器、指令周期：从一条指令地启动到下一条指令地启动地间隔时间.、机器周期：指令执行中每一步操作所需地时间.、硬连线逻辑：一种控制器逻辑，用一个时序电路产生时间控制信号，采用组合逻辑电路实现各种控制功能.、微程序：存储在控制存储中地完成指令功能地程序，由微指令组成.、微指令：控制器存储地控制代码，分为操作控制部分和顺序控制部分.、微操作：在微程序控制器中，执行部件接受微指令后所进行地操作.、微地址：微每时令在控制存储器中地存储地址.、水平型微指令：一次能定义并执行多个并行操作控制信号地微指令.、控制存储器：微程序型控制器中存储微指令地存储器，通常是.、控制存储器地容量取决于指令地数量，每条指令地微程序长度和微指令代码地利用率.第六章系统总线、主设备：获得总线控制权地设备、从设备：被主设备访问地设备.、链式查询方式（菊花链方式）：各申请总线地设备合用一条总线作为请求信号线，布总线控制设备地响应信号线则串接在各设备间.资料个人收集整理，勿做商业用途、计数器定时查询方式：集中式总线裁决方式之一，设备要求使用总线时通过一条公用请求线发出，总线控制器按计数地值对各设备进行查询.资料个人收集整理，勿做商业用途、独立请求方式：集中式总线裁决方式之一，每一个设备都有一个独立地总线请求信号线送到总线控制器，控制器也给各设备分别发送一个总线响应信号.资料个人收集整理，勿做商业用途、系统总线：处理器总线，连接处理器和主存，是计算机系统地主干.、串行传输：是指数据地传输在一条线路上按位进行.（只需一条数据传输线，线路地成本低，适合于长距离地数据传输）资料个人收集整理，勿做商业用途、并行传输：每个数据位都需要单独一条传输线，所有地数据位同时进行传输.（在采用并行传输方式地总线中，除了有传输数据地线路外，还可以具有传输地址和控制信号地线路，地址线用于选择存储单元和设备，控制线用于传递操作信号）资料个人收集整理，勿做商业用途、复合传输：又称总线复用地传输方式，它使不同地信号在同一条信号线上传输，不同地信号在不同地时间片中轮流地身总线地同一条信号线上发出.（它与并串传输地区别在于分时地传输同一数据源地不同信息.）资料个人收集整理，勿做商业用途、消息传输方式：总线地信息传输方式之一，将总线需要传送地数据信息、地址信息、和控制信息等组合成一个固定地数据结构以猝发方式进行传输.资料个人收集整理，勿做商业用途第七章输入输出系统统一编址：就是将外围设备中地控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器和内存单元一起编排地址.单独编址：采用内存地址空间和外围设备地地址空间分开编排地址.中断：是一种在发生了一个外部地事件时调用相应地处理程序地过程.多级中断：计算机在处理中断地过程中也能够禁止某些外部中断请求而允许另一些中断请求.中断屏蔽：在处理中断时阻止其他中断地过程.：称为直接存储器访问，是指数据在主存与外设之间传输，不需要由来对每个字地传输进行控制.现场保护：将程序计数器中以及有关地寄存器地内容存储起来，使中断结束后能恢复到原来地状态继续执行程序地过程.资料个人收集整理，勿做商业用途、软件中断：由专门地指令引起地中断.、通道：是一个具有输入输出处理器地输入输出接口.、通道命令：通道自己专门用来处理输入输出事务地指令.第八章外围设备、：阴极射线管，显示器地一种.、：液晶显示器.、：电荷耦合器件，用于图像输入.、：音乐器材数字化接口，规定电子乐器与计算机之间传递信息地方式.、分辨率：衡量显示器显示清晰度地指标，以象素地个数为标志.、灰度级：显示器所显示地象素点地亮度差别.、寻道时间：在磁盘中，将磁头定位到所要求地磁道上所需要地时间.、：计算机中只读型光盘地主要标准，单倍地传输速率.。
计算机原理第二次作业答案
计算机组成原理-专升本-第2阶段作业第1大题（40.0分）1. （2.0 分）以下叙述正确的是（）。
主存的存取速度可以与CPU匹配主存由RAM构成，不包括ROM标准答案f 辅存中的程序需要调入主存中才能运行若指令的地址码为20位，则主存容量一定是20MB2. （2.0 分）某机字长32位，存储容量1MB。
若按字编址，它的寻址范围是（）。
1M512KB标准答案f -256K256KB3. （2.0 分）某存储器芯片的存储容量为8K X8位，则它的地址线和数据线引脚相加的和为（）。
12r13标准答案f21r224. （2.0 分）存储周期是指（）。
存储器的读出时间厂存储器的写入时间标准答案T厂存储器进行连续读和写操作所允许的最短时间间隔厂存储器进行连续写操作所允许的最短时间间隔5. （2.0 分）在主存和CPU之间增加cache存储器的目的是（）。
Q 增加内存容量厂提高内存可靠性标准答案T◎解决CPU和主存之间的速度匹配问题厂增加内存容量，同时加快存取速度6. （2.0 分）存储器是计算机系统的记忆设备，主要用于（）。
•口存放程序厂存放软件厂存放微程序标准答案T存放程序和数据7. （2.0 分）CPU不能直接访问的是（）。
广DRAMC ROMSRAM8. （2.0 分）和外存储器相比，内存储器的特点是（ ）。
r容量大， 速度快， 成本低 r标准答案T 容量大， 速度慢， 成本高r容量小， 速度快， 成本高 r 容量小， 速度快， 成本低9. （2.0 分）下列元件中存/取速度最快的是（）。
标准答案T厂 寄存器C ROMQ cache广外存 10. （2.0 分）采用虚拟存储器的目的是（ ）。
厂提高主存速度 广扩大外存的存取空间 标准答案广扩大存储器的寻址空间 广 扩大内存容量标准答案T磁盘11. （2.0 分）寄存器间接寻址方式中，操作数处在( )。
通用寄存器广堆栈标准答案、厂主存储器r程序计数器12. (2.0 分)操作数在寄存器中，称为( )方式。
2318胡越明版计算机组成原理课件第三章
字长(位)扩展（DBUS） 2Kx2 -> 2Kx8
MREQ# A10-0 R/W# CPU
WE A CS WE A CS WE A CS WE A CS
A10-0
2K ×2
D
2K ×2
D
2K ×2
D
2K ×2
D
D7D6
D5 D4
D3 D2
D1 D0
D7~D0
一个存储系统容量为 N位，若使用k位的芯片，k<N，共需要(N/k)个芯片
解：256K*8位SRAM芯片包含18根地址线 (1)采用字位扩展的方法。 (2)需要(2048/256)x(32/8）=32片SRAM芯片。 (3)2048 K x 32bit=221 x 4 byte=223 byte 故需要23根地址线
首先进行位扩展，构成32bit需要4片256K*8bit芯
二氧化硅
基片
紫外线全部擦洗
4. EEPROM (多次性编程 )
电可擦写
局部擦写
全部擦写
5. Flash Memory (闪速型存储器)
EPROM EEPROM 价格便宜 集成度高 电可擦洗重写
比 EEPROM快 具备 RAM 功能
EPROM
高压写入
紫外线光照擦除
编程器
紫外线擦除器
3.1.2 存储器的基本组织
T2
T0 T6 T1
T3
T7
T1 T3 T5 T7
T2 工作管 T4负载管 T6 X向门控管 T8 Y向门控管
I/O
列选择线 6管双向选择MOS存储电路
I/O
静态MOS存储器
将大量这样的MOS存储单元合起来可以构成一个存储单元阵列， 用来存储大量信息。在存储器芯片中包括存储体、读写电路、地址 译码电路和控制电路等组成部分。 存储体部分由大量的存储单元构成的阵列组成，阵列中有很多行和 列，阵列中用一条行选通线和一条列选通线选择阵列中的单元。 行选通线选择一行中的存储单元，列选通线对列进行选择，被行和 列选择的存储单元才进行一个数据位的读写操作。 列选通线是数据写入线也是数据读出线，有一个数据读写电路。 地址译码器将二进制地址码转换成驱动读写操作的选通线。地址译 码采用双译码方式，输入地址信号分两部分送入两个译码器，分别 产生行选通信号和列选通信号。 数据驱动电路对读写的数据进行读写放大，增强信号的强度。
计算机组成原理(第三版)第 3 章 存储器及存储系统
16
3.2 主存储器
• 主存储器按其功能可分为RAM和 ROM。
一 二 随机存取存储器RAM 只读存储器ROM
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一、随机存取存储器RAM
MM
Y0
Bm-1
Y1
……
B0
An-1…A0
M A R
M A D
…
Y2n-2
Y2n-1
…
CS
WE
R/W读写 控制电路
INFO DEPT@ZUFE HANGZHOU.CHINA
9
三、存储器的层次结构
1.分级原理： 根据程序执行的集中性和局部性原理而构建的分层结构。信 息流动分规律为从低速、大容量层次向高速、小容量层次流动 ，解决速度、价格、价格这三者之间的矛盾，层次间信息块的 调度由硬件和软件自动完成，其过程对用户透明。 2.三级存储管理系统： • Cache： • ·采用TTL工艺的SRAM，哈佛结构； • ·采用MOS工艺的SRAM，指令与数据混存，其与内存之间信息块 的调度（几十字节）全由Cache控制器硬件完成。 • 主存： • ·ROM常用FROM，E2PROM等构成； • ·RAM常用DRAM构成，RAM和ROM采用统一编码。 • 虚存： • 采用磁盘存储器，主存+OS中的存储器管理软件联合构成，其 信息块常用页、段表示，其间的信息块调度由管理软件完成。
字线
数 据 线 Cd
T
C
单管MOS动态存储器结构
INFO DEPT@ZUFE HANGZHOU.CHINA
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（2）DRAM存储器
RAS CAS WE OE 定时和控制
4M×4位的DRAM
完整版计算机组成原理简答题
完整版计算机组成原理简答题计算机组成原理简答题第四章1、存储器的层次结构主要体现在什么地方？为什么要分这些层次？计算机如何管理这些层次？答：存储器的层次结构主要体现在Cache-主存和主存-辅存这两个存储层次上。
Cache-主存层次在存储系统中主要对CPU访存起加速作用，即从整体运行的效果分析，CPU访存速度加快，接近于Cache的速度，而寻址空间和位价却接近于主存。
主存-辅存层次在存储系统中主要起扩容作用，即从程序员的角度看，他所使用的存储器其容量和位价接近于辅存，而速度接近于主存。
综合上述两个存储层次的作用，从整个存储系统来看，就达到了速度快、容量大、位价低的优化效果。
主存与CACHE之间的信息调度功能全部由硬件自动完成。
而主存与辅存层次的调度目前广泛采用虚拟存储技术实现，即将主存与辅存的一部分通过软硬结合的技术组成虚拟存储器，程序员可使用这个比主存实际空间（物理地址空间）大得多的虚拟地址空间（逻辑地址空间）编程，当程序运行时，再由软、硬件自动配合完成虚拟地址空间与主存实际物理空间的转换。
因此，这两个层次上的调度或转换操作对于程序员来说都是透明的。
2. 说明存取周期和存取时间的区别。
解：存取周期和存取时间的主要区别是：存取时间仅为完成一次操作的时间，而存取周期不仅包含操作时间，还包含操作后线路的恢复时间。
即：存取周期 = 存取时间 + 恢复时间3. 什么叫刷新？为什么要刷新？说明刷新有几种方法。
解：刷新：对DRAM定期进行的全部重写过程；刷新原因：因电容泄漏而引起的DRAM所存信息的衰减需要及时补充，因此安排了定期刷新操作；常用的刷新方法有三种：集中式、分散式、异步式。
集中式：在最大刷新间隔时间内，集中安排一段时间进行刷新，存在CPU访存死时间。
分散式：在每个读/写周期之后插入一个刷新周期，无CPU访存死时间。
异步式：是集中式和分散式的折衷。
4. 半导体存储器芯片的译码驱动方式有几种？解：半导体存储器芯片的译码驱动方式有两种：线选法和重合法。
组成第十五讲：虚拟存储器
计算机组成原理
虚拟存储器概述 虚拟存储器和cache存储器的不同之处： 主要功能 传送信息块长度 访问速度 虚拟存储器对未命中更加敏感 对程序员是否透明
计算机组成原理
虚拟存储器概述 主要功能： cache存储器采用与CPU速度匹配的快速存储元件 弥补了主存和CPU之间的速度差距； 虚拟存储器虽然最大限度减少了慢速辅存对CPU的 影响，但它的主要功能是用来弥补主存和辅存之间 的容量差距，具有提供大容量和程序编址方便的优 点。
计算机组成原理
页式虚拟存储器 页表在主存中的地址由页表寄存器指出 虚拟地址 0010
0 1 2 3 4 5 010 001 110 000 100 000 1 1 1 1 1 0
000000000100
存在位
程序页表
110 12 位偏移
实存(主存)地址 1 1 0
000000000100
计算机组成原理
计算机组成原理
页式虚拟存储器 注意： 虚页内容若没有调入主存，则计算机启动输入输出系 统，把虚地址指示的一页内容从辅存调入主存，再提 供CPU访问。 虚地址和辅存地址不是一回事，程序员按虚存空间编 址，虚地址由虚页号和页内地址组成；辅存实际地址 以磁盘为例，地址由磁盘机号、磁头号、柱面号、块 号、块内地址组成。因此从辅存调页时还需要虚存地 址空间到辅存地址的变换。这个变换也可以采用类似 前述页表的方式，称外页表。
计算机组成原理
页式虚拟存储器
计算机组成原理
页式虚拟存储器 CPU访问主存时送出的是程序虚地址，计算机必须判断该 地址的存储内容是否已在主存里，如果不在的话，则需要 将所在页的内容按存储管理软件的规定调入指定的主存页 后才能被CPU执行；如果在的话，则需找出主存在哪一页。 为此，通常需要建立一张虚地址页号与实地址页号的对照 表，记录程序的虚页面调入主存时被安排在主存中的位置， 这张表叫页表。
计算机组成原理第四章存储系统(二)(含答案)
第四章存储系统（二）4.6 多体交叉存储器随堂测验1、一个4体并行低位交叉存储器，每个模块的容量是64K×32位，存取周期为200ns，假定四个存储可以连续访问，以下说法中，（）是正确的。
（单选)A、在连续工作一段时间后，200ns内储器向CPU提供256位二进制信息B、连续工作一段时间后，200ns内存储器向CPU提供128位二进制信息C、在连续工作一段时间后，200ns存储器向CPU提供32位二进制信息D、以上答案都不正确2、下列关于多体交叉存储器的描述中，正确的是（）（多选）A、通过并行访问提高存储系统的访问速率B、通过增加数据总线的位数提高存储系统访问速率C、通过提高存储单体的速率提高存储系统的访问速率D、实现对不同存储单体数据的并行访问对数据的分布有要求3、为了通过交叉访问提高存储系的访问速率，必须满足下列条件（）（多选）A、采用低位地址交叉B、采用高位地址交叉C、满足局部性原理D、采用最优调度算法4、下图为能实现并行访问的多体交叉存储系统示意图。
设存储单体的存储周期为T1、存储系统的周期为T2、总线的传输周期为t . 下列描述中正确的是（）（多选）A、是高位多体交叉B、是低位多体交叉C、T1=T2D、CPU连续并行访问m个字的总时间为T1 + (m -1)t4.7 Cache的基本原理随堂测验1、为实现Cache地址映射，需要将来自CPU的物理地址根据映射方式进行不同划分，下列描述中错误的是（）（单选）A、全相联映射方式下，将地址划分为主存块地址和块内偏移地址两部分B、直接相联映射方式下，根据Cache大小将地址划分为标记（Tag）、索引(Index)和块内偏移地址三部分。
其中Index指向Cache特定行位置C、组相联映射方式下，根据Cache 分组数大小将地址划分为标记（Tag）、索引(Index)和块内偏移地址三部分。
其中Index指向Cache特定组位置D、K路组相联是指CHCHE被分成K组2、下列关于Cache的描述中正确的是（）（多选）A、缓解快速CPU与慢速主存之间的速度差异B、实现Cache目标的理论基础是局部性原理C、在存储体系中，Cache处于CPU和主存之间D、Cache的写穿策略是指CPU写Cache的同时也把数据写入主存3、下列关于Cache结构的描述中正确的是（) （多选）A、标记存储体存放从主存地址中剥离出的标记(Tag)B、数据存储体存放与主存交换的数据C、有效位(Valid)用于判断Cache的数据是否有效D、脏位(Dirty)用于判断主存的相关数据是否有效4、下列属于协助Cache工作所需的部件或功能是（）（多选）A、相联存储器B、调度替换算法C、脏位和有效位比较电路D、标记比较电路4.8 相联存储器随堂测验1、相联存储器是一种按内容访问的存储器,这里的"内容"是指（）（单选）A、所访问的数据B、主存地址C、从主存地址中分离出的标记(Tag)D、从主存地址中分离出来的索引(Index)2、下列关于相联存储器的描述中，正确的是（）（单选）A、在实现技术相同的情况下，容量较小的相联存储器，速度较快B、相联存储器结构简单，与静态存储器的访问方式基本相同C、为提高查找速度，相联存储器的存储体应采用动态存储单元D、访问相联存储器时既需要内容，也需要地址3、下列关于相联存储器的描述中，正确的是（）（多选）A、按地址进行并行访问B、对访问的内容进行并行比较C、按关键字实现快速查找D、相联存储器中存放的是主存数据的副本4.9 Cache地址映射与变换方法随堂测验1、某计算机的Cache共有16块，采用2路组相联映射方式（即每组2块）。
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页式虚拟存储器虚实地址转换
页表基址寄存器
页表基地址
+ 控制字 主存页面号
页号
页内地址 虚地址
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页表（在主存中）
页面号 页内地址 实存地址
11
页式虚拟地址到物理地址的转换
虚拟地址 程序页表
0010 000000000100
0 010 1 1 001 1 2 110 1 3 000 1 4 100 1 5 000 0
虚地址： 虚拟页号Nv 页内地址Nr
• 实地址结构(以磁盘为例)：
Nvd
Nd： 磁盘机号 磁头号 柱面号 块号
块内地址
20
虚拟存储器的工作全过程
❖ 外页表的概念：
把Nv Nvd（即把一个虚拟页号转换成一个辅 助存储器上的具体的物理地址）的表称为外页表。
7.3 虚拟存储器
❖ 虚拟存储器指的是“主存-辅存”层次， 它能使计算机具有辅存的容量，接近于 主存的速度和辅存的每位成本。使程序 员可以按比主存大得多的空间来编制程 序，即按虚存空间编址。
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两种存储层次的比较
❖ 区别：
主存/cache的访问“时间比”较小，典型 为10：1。每次传送的基本信息单元较小(字 块),几个至几十个字节。
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7.3.2 页式虚拟存储器
❖ 在页式虚拟存储系统中，把虚拟空间分成页，称
为虚页或逻辑页；主存空间也分成同样大小的页， 称为实页或物理页。
❖ 虚拟地址到主存实地址的变换由页表实现。
❖ 通常，在页表的表项中，还包括装入位、修改位、 替换控制位和保护位等组成控制字。
控制字
逻辑页号 实存页号 装入位 修改位 替换控制位 保护位
内存中—慢表
14
段式虚拟存储器
❖ 主存和辅存的管理按程序段为单位进行管理。
程序空间 大小
段1 1K 段2 2K
段3 3K 段4 1K 段5 2K
主存空间
段1 段5
地址 0 1K
3K
5K 段3
8K-1
段表
1 0 1 1K
2
0
3 5K 1 3K
4
0
5 1K 1 2K
段段 装 段
号起 入 长
点位
15
段式虚拟存储器虚实地址转换
转换旁路缓冲器（TLB）
❖ TLB：translation look-aside buffer, 也称页表Cache， 或快表。用快表和慢表实现的虚实地址的转换：
Logical p address
disp
page frame TLB中—快表
f
TLB
page table
p
f
f disp
physical address
段表起始地址 段表长度
<
越界
段号2 位移量100
段号 段长
0 1000 1 600 2 500 3 200
基址
6000 4000 8000 9200
段表
+ 主存
8100
虚地址
物理地址
16
7.3.3 段页式虚拟存储器
❖ 段-页式虚拟地址的表示：
基号D 段号S 页号P 页内偏移d
• 举例说明段页式地址的变换过程：假设主存有32 个页面，有A、B、C三道程序已经占用主存，现 在又有D道程序要进入主存。D道程序有3个段如 图7.11(b)所示，段内页号分别为：0,1; 0,1; 0,1,2。 调入内存后位置如图7.11(a)所示。
当要访问的程序地址为D道1段0页4单元时，
其地址变换过程如图7.12所示。
17
主存空间及D道程序示意图
(b)
18
(a)
图7.11 段页式存储举例
段页式虚拟存储器的地址变换
19
图7.12 段页式虚拟存储器地址变换
7.3.4 虚拟存储器的工作全过程
❖ 虚拟地址的结构----程序员看到的虚拟存储空间：
❖ 段：按照程序的逻辑结构将程序划分成多个相对独立的部 分。段的大小是可变的。
1K
段1
2K
段2
3K
段3
1K
段4
2K
段5
段1
0K 1K
段5
3K
5K
段3
8K-1
主存用户空
间大小 8K
3
段的管理----段表
段号 1 2 3 4 5
主存中的起始地址 0
5K
1K
装入标记 1 0 1 0 1
段长 1K
3K
2K
7
页式管理
❖ 页式管理的优点：新页调入主存很容 易，只要有空白页就可；比段式管理 系统的空间浪费要小得多。
❖ 缺点：由于页不是逻辑上独立的实体， 所以处理、保护和共享都不及段方便。
8
段页式管理
❖ 段式和页式存储管理各有其优缺点， 可以采用段和页结合的段页式存储管 理系统。程序按模块分段，段内分页， 出入主存仍以页为信息传送单位，用 段表和页表进行两级管理。它可以按 段实现共享和保护，因此可以兼取页 式和段式系统的优点。它的缺点是在 地址映像过程中需要多次查表。
辅存/主存的访问“时间比”达100:1至 1000:1。每次传送的基本信息单元较大(段或 页),几十至几千字节。 ❖ 相同：
它们采用的地址变换及映像方法和替换策 略，从原理上看是相同的。
2
7.3.1 主存-辅存信息传送单位和存储管理
❖ 主存-辅存层次的信息传送单位可采用几种不同的 方案：段、页和段页。
存在位
110 12 位偏移
实存(主存)地址 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0
❖ 页表在主存中的地址由页表基址寄存器指出
12
快表和慢表
❖ 页表是保存在主存中的，在访问存储器时， 首先要查页表，即使页面命中，也要先访问 一次主存去查页表，然后再访问主存才能取 得数据，这就相当于主存速度降低了一倍 (访问了2次主存)。如果页面失效，要进行页 面替换、页面修改，访问主存的次数就更多 了。为了减少时间开销，把页表的最活动部 分存放在快速存储器中组成快表，快表由硬 件组成，称为转换旁路缓冲器(TLB)。它比 页表小得多，一般在16~128行之间，快表 只是慢表(主存中的页表)的小小副本。 13
段表本身也是主存储器的一个可再定位段。
4
段式管理
❖ 把主存按段分配的存储管理方式成为段式 管理。
❖ 段式管理系统的优点：段的分界与程序的 自然分界对应；段的逻辑独立性使它易于 编译、管理、修改和保护，也便于多道程 序共享。
❖ 缺点：容易在段间留下许多空余的零碎存 储空间不好利用，造成浪费。
5
页式管理
❖ 主存的物理空间划分为等长的固定区域，称
为页面。页式管理以固定大小(通常为4KB) 的页面为单位。
程序按页面大小划分
主存用户空间的 页面数目
0页
第0页
1页
第1页
2页
第2页
3页
4页
第3页
5页
6页
6
页的管理----页表
程序的页号 0 1 2 3 4 5 6
主存的页号 0 2 3
1
装入位 1 1 1 0 0 0 1